(57)【要約】【課題】  蓄熱槽の個数を増やさずに、複数の用途に応じた熱エネルギーを蓄熱する。【解決手段】  蓄熱槽１の上側において、吐出流量可変型の第１のポンプ２を介装した高温用循環配管３を介して高温熱源４を接続する。蓄熱槽１の下側において、吐出流量可変型の第２のポンプ５を介装した中温用循環配管６を介して中温熱源７を接続する。第１および第２の温度計８，９により、設定温度の高温水、中温水を供給するように構成し、蓄熱槽１の上部側に、最高温度の温度成層（最高温度層）を形成する状態で所定量の高温水を貯め、その下方側に、最高温度よりも低い液の温度成層（最高温度に次ぐ高温の液層）を形成する状態で所定量の中温水を貯め、更に、最高温度に次ぐ高温の液層の下方に低温層を、すなわち、三層の温度層を形成する状態で液（水に不凍液などが混入した液）を貯めるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一液体の温度の相違による密度差を利用して、成層蓄熱する蓄熱槽において、
ｎ種類（ｎは３以上の整数）の温度の液を温度の順にｎ層に成層分離して貯蔵し、高温側から順にn個の液の注入口と取出し口とを、前記蓄熱槽の各温度層に接する壁面に設けたことを特徴とする多温度蓄熱槽。
【請求項２】
請求項1に記載の多温度蓄熱槽において、
蓄熱槽の壁面の（ｎ−１）以上の箇所もしくは最低温度の液層以外の液の取出し口それぞれに温度センサーを設け、前記温度センサーの設置位置における各温度の液の有無により（ｎ−１）種の温度の各液層の液の有無を検知し、その検知結果に基づいて蓄放熱を制御し、各液層の液位の制御を行うものである多温度蓄熱槽。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蓄熱槽から所定温度の液層とそれより高い温度の液層の熱を、それぞれの温度用途に利用可能に取り出すように構成し、低温側用途の熱の不足を、混合もしくは熱交換により、それより高い温度の液層からの熱で補う機構を備えた蓄熱システム。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱槽に熱を供給する複数の熱源の内少なくとも一つの熱源の最高吐出温度が、前記蓄熱槽の最高温度層の温度に満たないものである蓄熱システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱槽に熱を供給する複数の熱源の内、吐出温度が最高温度層以上の温度である熱源を最高温度層に接続して最高温度層の液を加熱できるように構成してある蓄熱システム。
【請求項６】
請求項３、４、５のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱に用いる液が水であり、最高温度層の熱の用途が高温水暖房、それに次ぐ高温温度層の熱の用途が中温水暖房である蓄熱システム。
【請求項７】
請求項６に記載の蓄熱システムにおいて、
高温水暖房の戻り水の温度を検知する温度センサーと、
高温水暖房の戻り水の一部若しくは全部を、中温水暖房に利用する利用状態と利用しない非利用状態とに切り替える切替機構と、
前記温度センサーによる検知温度が中温水暖房の往き水温度以上であるときには、前記切替機構を利用状態に切り替え、中温水暖房の往き水温度に満たないときには、前記切替機構を非利用状態に切り替える制御機構と、
を備えている蓄熱システム。
【請求項８】
請求項４、５、６、７のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
熱源が、発電に伴って発生する排熱である蓄熱システム。
【請求項９】
請求項６、７、８のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度に次ぐ高温の液層の液を、液が飲用に適する水である場合には直接、液が水でない場合もしくは飲用に適さない場合には熱交換器を介して給湯に用いるように構成してある蓄熱システム。
【請求項１０】
請求項６、７、８、９のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度層の液の熱もしくは最高温度層以上の吐出温度をもつ熱源により給湯熱の不足を補う機構を備えている蓄熱システム。
【請求項１１】
請求項３、４、５、６、７、８、９、１０のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度層を形成する状態と、前記最高温度層の液の温度を次の温度の温度層の温度に一致させる状態とに切り替え可能に構成してある蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱や低温度の熱を暖房や給湯に有効に利用するための多温度蓄熱槽およびそれを用いた蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温度による液体の密度差を利用して、低密度（通常は高温）の液層を上部に、高密度（通常は低温）の液層を下部に、混合を抑制して貯蔵する技術は広く知られており、電気温水器やヒートポンプ給湯機の蓄熱槽として広く用いられている。
【０００３】
このような温度成層を利用した蓄熱槽として、次のようなものが知られている。
（１）従来例１
貯湯槽側面に設置した温度検出器による温度検知で貯湯量を検知し、貯湯量減少信号に基づいて槽外部の熱源とポンプを運転し、製造した高温水を貯槽上部から張ることにより、高温層を低温層の上部に作って温度成層を保つように貯湯式給湯器が構成されている（特許文献１参照）。
【０００４】
（２）従来例２
貯湯タンクの下部に給水された常温水を加熱タンクで昇温してから貯湯タンクの上部に循環する。この際の単位時間当たりの循環流量を少なくし、加熱タンクで昇温した湯を貯湯タンクの上部側から成層状に貯湯するように電気温水器が構成されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平０２−０６４８４６号公報（第１図および第２図）
【特許文献２】特開平０6−７４５６４号公報（段落[００３３]）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、高低二温度の温度成層を伴う蓄熱技術は、良く知られ、広く用いられているものである。しかしながら、三温度以上の温度成層を利用する蓄熱技術及び蓄熱利用技術については従来なかった。
このように、従来の温度成層を利用する蓄熱技術は、高低の二温度を用いるものであるため、例えば、固体高分子型燃料電池（PEFC）の排熱を利用する場合のように、その取出し温水温度が６０℃から７０℃と比較的低く、その温度で蓄熱しても、例えば、家庭用の温水式浴室乾燥機等のように利用温度が８０℃以上と高い場合には、使用できない。一方、床暖房や給湯の使用温度は、多くの場合６０℃程度であり、前述の排熱温度で十分であり、そのまま利用可能である。
【０００６】
ところが、あらゆる需要に対応するためには、一律に追焚きを行うなど、使用最高温度の用途に対応できるように、使用最高温度まで昇温して蓄熱しておくようにすると、低温で使用可能な用途の場合には、使用時に利用温度に合わせて降温してから消費しなければならず、降温のための設備が必要になって高価になるとともにエネルギーの無駄を伴う欠点があった。
かといって、高温用途のみのために別途熱源機を設置することも、経済的ではない。
その一方で、利用できる排熱等の総量が、熱需要よりも小さい場合には、何らかの熱源を用いて、それを補う必要もある。
【０００７】
また、熱源が、ヒートポンプのように、昇温させる温度差が小さくなればなるほど、効率（正確には成績係数COP）が上昇する機器に対しては、できるだけ低温で利用することがエネルギーの有効利用につながる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の多温度蓄熱槽は、蓄熱槽の個数を増やさずに、複数の用途に応じた熱エネルギーを蓄熱できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明の多温度蓄熱槽は、三種以上の成層を適確に維持できるようにすることを目的とする。
請求項３に係る発明の蓄熱システムは、蓄熱槽の個数を増やさずに、複数の用途に応じた熱エネルギーを容易に得ることができるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明の蓄熱システムは、使用最高温度に満たない温度の熱源をも良好に利用できるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明の蓄熱システムは、最高温度層の熱を有効に利用できるようにすることを目的とし、請求項６に係る発明の蓄熱システムは、高温水暖房と中温水暖房に対する温水の供給を良好に行うことができるようにすることを目的とし、請求項７に係る発明の蓄熱システムは、高温水暖房に使用した温水を温度成層を乱すことなく効率良く利用できるようにすることを目的とし、請求項８に係る発明の蓄熱システムは、発電によって発生する排熱を有効利用できるようにすることを目的とし、また、請求項９に係る発明の蓄熱システムは、給湯およびそれ以外の用途に良好に対応できるようにすることを目的とし、また、請求項１０に係る発明の蓄熱システムは、設置スペース小さくイニシャルコストを安価にして給湯できるようにすることを目的とし、また、請求項１１に係る発明の蓄熱システムは、最高温度の高温水を使用するときと使用しないときとに良好に対応できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明の多温度蓄熱槽は、上述のような目的を達成するために、
同一液体の温度の相違による密度差を利用して、成層蓄熱する蓄熱槽において、
ｎ種類（ｎは３以上の整数）の温度の液を温度の順にｎ層に成層分離して貯蔵し、高温側から順に各温度層の液の注入口と取出し口とを、前記蓄熱槽の各温度層に接する壁面に設けて構成する。
ただし、注入口と取出し口とは兼用することが可能である。
【００１０】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の多温度蓄熱槽の構成によれば、n種類の温度に分けて成層して蓄熱し、その各種類の温度層の位置に設けた取出し口から、利用温度と同じかそれより若干高い温度層の熱を取出して利用することができる。
したがって、蓄熱槽の個数を増やさずに、ひとつの蓄熱槽で、複数の用途に応じた熱エネルギーを蓄熱でき、高い温度まで、他の高温熱源を使って昇温する必要が無くなり、スペース面で有利にできるとともにイニシャルコストを低減できて経済性を向上できる。
すなわち、例えば、中温水暖房のように、往き温度６０℃、還り温度４０℃で熱を利用する暖房機器に、高温水暖房用の８０℃の温水を送った場合、熱負荷が同じであれば、還り温度は６０℃となる。ところが、８０℃に一律に追焚き昇温して蓄熱利用するシステムでは、追焚き分の熱を利用するだけで、６０℃の排熱中の熱は全く利用できなくなってしまう。これに対処しようとすると、従来例の場合、６０℃蓄熱用の蓄熱槽をもう一缶別に持つ必要があり、設置スペースが増加するとともにイニシャルコストが高くなる。請求項１に係る発明では、一つの蓄熱槽に複数温度層の熱媒を貯留し、その温度層に取付けた取出し口から熱を取出して利用できるため、上記の問題を解決できるのである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項1に記載の多温度蓄熱槽において、
蓄熱槽の壁面の（ｎ−１）以上の箇所もしくは最低温度の液層以外の液の取出し口それぞれに温度センサーを設け、前記温度センサーの設置位置における各温度の液の有無により（ｎ−１）種の温度の各液層の液の有無を検知し、その検知結果に基づいて蓄放熱を制御し、各液層の液位の制御を行うように構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の多温度蓄熱槽の構成によれば、蓄熱槽の壁面もしくは最低温度の液層以外の液の取出し口に温度センサーを設け、その温度を検知し、それがそのセンサーに対応する位置における液層のあるべき温度範囲にあれば、その位置にその温度の液層があると判断することができ、その温度の液相の有無を基に、蓄熱量を増加させたり、あるいは、蓄熱された熱の取得を停止させたりするといったように各温度の液層の液が有るように蓄放熱を制御して液位を制御することができる。
したがって、液密度を検知して液位を制御する場合に比べて、容易かつ安価に電気信号として制御装置に取込むことができるため、三種以上の成層を適確に維持でき、自動制御に至便である。
更には、上述の制御を発展させて、液位の位置を適宜設定するなどにより、計画的な蓄熱量の積み増しや、払い出しを行うことができ、蓄熱中における放熱損失の軽減や、蓄放熱量の不均衡を防止することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載の蓄熱槽から所定温度の液層とそれより高い温度の液層の熱を、それぞれの温度用途に利用可能に取り出すように構成し、低温側用途の熱の不足を、混合もしくは熱交換により、それより高い温度の液層からの熱で補う機構を備えて構成する。
熱で補う機構としては、用途によっては直接その温度の熱を供給することも可能であるが、多くの場合、利用機器の熱的制約や火傷防止等への配慮から最高使用温度が制限される。この温度の上限値より生じる問題を解決するためには、より低い温度の液（例えば、熱量が不足している温度の戻り液）と熱交換あるいは混合することで、所定の送り温度に温度を低下させて供給する構成を採用することが好ましい。
【００１４】
（作用・効果）
請求項３に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、不足している温度の熱需要を、それが最高温度でなければ、蓄熱槽内のそれより高い温度の液層から補うことができる。このため、数種の温度の熱需要がある場合、蓄熱量は温度毎の熱需要予測値に合わせて各熱需要毎に計画され、ある温度層の実際の熱使用量が計画値を超える場合に備えて各温度層を過大に設計しなくても、バックアップしてその需要を賄うことができ、蓄熱槽の容量を増やさずに、複数の用途に応じた熱エネルギーを過不足無く得ることができる
【００１５】
また、請求項４に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項３に記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱槽に熱を供給する複数の熱源の内少なくとも一つの熱源として、その最高吐出温度が、前記蓄熱槽の最高温度層の温度に満たないもので構成する。
最高温度層の温度の熱は、別途、燃焼熱を直接利用する機器（ガス給湯器、ボイラなど）、エンジン排熱、設定温度を上げて最高温度層の温度以上の吐出温度で使用するヒートポンプなどを用いて得ることができる。
【００１６】
（作用・効果）
請求項４に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、熱源として、例えば、浴室乾燥機用などで必要とされる高温が得られないような排熱、例えば、固体高分子型燃料電池からの排熱とか、ヒートポンプのように昇温する温度によって成績係数（COP）が変化する機器を低温設定して得られる熱などを熱源に利用し、最高温度層よりも低温の液層に供給して貯めることができる。
したがって、従来、ひとつの蓄熱槽を備える場合であれば、最高温度層の温度より低い温度の熱を利用できなかったのに比べ、使用最高温度に満たない温度の熱源をも良好に利用でき、各種の排熱を利用できて熱エネルギーの経済性を向上できる。
また、ヒートポンプのように昇温する温度によって成績係数（COP）が変化する機器においては、不必要に温度を上げて使用するよりも、利用する温度に合わせて昇温させれば、エネルギー消費の少ない運転を実現でき、熱エネルギーの経済性を向上できる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項３または４に記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱槽に熱を供給する複数の熱源の内、吐出温度が最高温度層以上の温度である熱源を最高温度層に接続して最高温度層の液を加熱できるように構成する。
【００１８】
（作用・効果）
請求項５に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、熱源から最高温度層以上の温度の熱を供給し、蓄熱槽の最高温度層の昇温を行うことができて最高温度層の熱を有効に利用でき、しかも、それより低温の熱を容易に利用でき、請求項４に係る発明と同様に熱エネルギーの経済性を向上できる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項３、４、５のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
蓄熱に用いる液が水であり、最高温度層の熱の用途が高温水暖房、それに次ぐ高温温度層の熱の用途が中温水暖房であるように構成する。
【００２０】
（作用・効果）
請求項６に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、比熱が大きくて顕熱を利用する蓄熱剤として100℃未満の温度で好適な水を用いて蓄熱する。
また、温水を用いる業務用の冷暖房の暖房水温度は６０℃往き、４０℃還りが標準である。一方、日本の家庭用セントラルヒーティングの暖房水温度は８０℃往き、６０℃還りの高温水暖房が標準であるが、床暖房などの用途に、６０℃送りで４０℃還りの中温水暖房を併せ持つ二温度取出し機種も存在する。このことに着目し、蓄熱槽に最高温度として約８０℃の温度層とその次の温度層として約６０℃の温度層を持つことにより、中温水暖房には、高温水暖房に供された後の６０℃程度の排熱をそのまま蓄熱槽に蓄熱して利用することができる。
したがって、高温水暖房からの還り水をそのまま蓄熱槽に貯めることができるとともに、温水床暖房などにそのまま用いることができ、中間に熱交換器を介さずに済み、安価で効率的に蓄熱システムを構築できる。また、凍結防止剤や防錆剤といった不純物等が混入していない場合には、給湯としても直接利用できる。
また、高温水暖房からの還り水を蓄熱槽を介在させて中温水暖房に利用しているから、高温水暖房と中温水暖房との間に熱の需要量や利用時間帯に差があっても、安定して両者を使用することができ、高温水暖房と中温水暖房に対する温水の供給を良好に行うことができる。
【００２１】
また、請求項７に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項６に記載の蓄熱システムにおいて、
高温水暖房の戻り水の温度を検知する温度センサーと、
高温水暖房の戻り水の一部若しくは全部を、中温水暖房に利用する利用状態と利用しない非利用状態とに切り替える切替機構と、
前記温度センサーによる検知温度が中温水暖房の往き水温度以上であるときには、前記切替機構を利用状態に切り替え、中温水暖房の往き水温度に満たないときには、前記切替機構を非利用状態に切り替える制御機構とを備えて構成する。
【００２２】
（作用・効果）
請求項７に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、高温水暖房であっても、暖房立上がり時には、まず、配管に滞留した水が戻り水として還り、続いて大きな立ち上がり負荷のために定常時の戻り水より温度の低い戻り水が還ってくる。運転中であっても、新たな負荷の投入などの急激な負荷増大があると定常時より低い温度の戻り水が還ってくることが発生する。このような中温水暖房に適さない低温水は蓄熱槽に戻さないようにする。
したがって、低温水を中温水暖房相当液層に戻さないから、その層全体の温度が低下して中温水暖房としての出力が低下することを回避できるとともに、更に下層の液層との混合に起因する温度成層の破壊を未然に防止でき、高温水暖房に使用した温水を温度成層を乱すことなく効率良く利用できる。
【００２３】
また、請求項８に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項４、５、６、７のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
熱源として、発電に伴って発生する排熱を用いるように構成する。
【００２４】
（作用・効果）
請求項８に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、電力需要と熱需要とは同時に同比率で発生変化することは通常有り得ず、両者の間に時間差が生じる。例えば、コジェネレーションなどにおいては、蓄電、もしくは蓄熱により両者を釣り合わせる必要が生じる。このことに着目し、蓄熱槽に排熱を貯めることで、発電に伴う熱発生と暖房等による熱需要との間の時間差を埋め合わせることができ、いわゆるピークシフトにも良好に対応できる。
また、固体高分子型燃料電池のように、排熱温度が低いものは、最高温度層よりも低い温度の液層に貯め、一方、エンジン式発電機における、エンジンからの排ガスやジャケット水のように高温のものは、最高温度層に貯めることができる。
したがって、安定した発電と共に、廃熱温度に即した蓄熱を行うことができるから、発電によって発生する排熱を効率良く有効に利用できる。
【００２５】
また、請求項９に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項６、７、８のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度に次ぐ高温の液層の液を、液が飲用に適する水である場合には直接、液が水でない場合もしくは飲用に適さない場合には熱交換器を介して給湯に用いるように構成する。
【００２６】
（作用・効果）
請求項９に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、蓄熱槽に貯める液が、水質が衛生的に保たれていて、飲用に適する場合には、飲用の可能性のある給湯に用いる。一方、例えば、凍結防止のためエチレングリコールなどの不凍液や防錆剤が混入されているとか、風呂の水を直接循環加熱する場合のように雑用水が混入するとか、熱源との熱循環において、熱源を構成する金属部品の錆や樹脂の添加剤が混入するなど、飲用に適さない場合には、熱交換器を介して給湯に用い、給湯およびそれ以外の用途のいずれにも良好に対応できる。
【００２７】
また、請求項１０に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項６、７、８、９のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度層の液の熱もしくは最高温度層以上の吐出温度をもつ熱源により給湯熱の不足を補う機構を備えて構成する。
【００２８】
（作用・効果）
請求項１０に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、給湯に適した温度層よりも更に高温の蓄熱層がある場合、もしくは、熱源がある場合に、それらの熱によって給湯需要が不足した場合の熱を補うことができる。
すなわち、給湯は、前述のように高温を要しないため、中温度の熱を利用する用途として好適である。ただし、家庭用熱需要においては給湯需要が主要なものとなるため、その温度の蓄熱層は、大きなものになる。電気温水器等においては、給湯需要を賄うために、一般家庭用で８０℃、４７０リットルの蓄熱槽を有している。中温度で蓄熱する場合には、さらに大きな蓄熱槽が必要になり、設置面積が大きくなるとともにイニシャルコストが増加する。
請求項１０に係る発明の蓄熱システムでは、ひとつの蓄熱槽内の給湯に適した温度層よりも更に高温の蓄熱層からの熱や熱源からの熱を利用できるから、蓄熱容量に対して給湯に使用できる熱容量を大きくでき、設置スペース小さくイニシャルコストを安価にして給湯できる。
熱源の高温の熱として排熱を利用できる場合には、それによって、新たに燃料を投入する必要が無く、省エネルギーかつ経済的であり、また、熱源が燃料を必要とするものであったとしても、例えば、中温度の蓄熱で冬期以外のシーズンの給湯需要が賄えるような設計であれば、冬期だけバックアップすれば良く、設置スペースや蓄熱槽のイニシャルコストを考えれば、むしろ合理的な選択であると言うことができる。
【００２９】
また、請求項１１に係る発明の蓄熱システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項３、４、５、６、７、８、９、１０のいずれかに記載の蓄熱システムにおいて、
最高温度層を形成する状態と、前記最高温度層の液の温度を次の温度の温度層の温度に一致させる状態とに切り替え可能に構成する。
【００３０】
（作用・効果）
請求項１１に係る発明の蓄熱システムの構成によれば、冬期のように、高温水による暖房を必要とする場合には、最高温度層を形成し、その液層からの高温水によって暖房を行い、夏期のように、高温水による暖房を必要としない場合には、最高温度層を形成せずに次の温度の温度層と一致させ、次の温度の温度層の容積を拡大し、最高温度層を形成するための熱エネルギー量を低減でき、最高温度の高温水を使用するときと使用しないときとに良好に対応できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の多温度蓄熱槽の構成によれば、n種類の温度に分けて成層して蓄熱し、その各種類の温度層の位置に設けた取出し口から、利用温度と同じかそれより若干高い温度層の熱を取出して利用することができるから、蓄熱槽の個数を増やさずに、ひとつの蓄熱槽で、複数の用途に応じた熱エネルギーを蓄熱でき、高い温度まで、他の高温熱源を使って昇温する必要が無くなり、スペース面で有利にできるとともにイニシャルコストを低減できて経済性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明に係る多温度蓄熱槽を用いた蓄熱システムの実施例１を示す全体概略構成図であり、蓄熱槽１の上側において、上部の注入口と下部の取出し口とにわたり、吐出流量可変型の第１のポンプ２を介装した高温用循環配管３を介して高温熱源４が接続されている。
また、蓄熱槽１の下側において、上部の注入口と下部の取出し口とにわたり、吐出流量可変型の第２のポンプ５を介装した中温用循環配管６を介して中温熱源７が接続されている。
【００３４】
高温用循環配管３において、高温熱源４から蓄熱槽１への高温水供給流路に高温検知用の第１の温度計８が設けられ、一方、中温用循環配管６において、中温熱源７から蓄熱槽１への中温水供給流路に中温検知用の第２の温度計９が設けられている。
また、蓄熱槽１の上部に、中温度（例えば、６０℃）を検知して中温信号を出力する第１の温度センサー１０が設けられ、蓄熱槽１の中間の所定箇所において、上側に、高温度（例えば、８０℃）を検知して高温信号を出力する第２の温度センサー１１が、下側に、低温度（例えば、４０℃）を検知して低温信号を出力する第３の温度センサー１２がそれぞれ設けられ、そして、蓄熱槽１の下部に、中温度（例えば、６０℃）を検知して中温信号を出力する第４の温度センサー１３が設けられている。
【００３５】
図２の蓄熱制御系のブロック図に示すように、第１および第２の温度計８，９、ならびに、第１ないし第４の温度センサー１０，１１，１２，１３がコントローラ１４に接続され、コントローラ１４に、第１および第２のポンプ２，５が接続されている。また、コントローラ１４に、高温設定器１５および中温設定器１６が接続されている。
【００３６】
コントローラ１４には、第１の温度差演算手段１７、第１の吐出流量演算手段１８、第１のポンプ駆動手段１９、第１のポンプ停止手段２０、第２の温度差演算手段２１、第２の吐出流量演算手段２２、第２のポンプ駆動手段２３、第２のポンプ停止手段２４が備えられている。
【００３７】
第１の温度差演算手段１７では、第１の温度計８で測定される高温水の温度から高温設定器１５で設定される設定温度（例えば、８０℃）を減算し、正負それぞれの温度差を演算するようになっている。
第１の吐出流量演算手段１８では、第１の温度差演算手段１７からの温度差に基づいて、正負それぞれの温度差に対応したポンプ回転数を演算し、第１のポンプ２に演算されたポンプ回転数となるように指令信号を出力するようになっている。
例えば、測定温度が設定温度よりも低いときには、ポンプ回転数を演算されたポンプ回転数まで減少して温度を上昇させるように、一方、測定温度が設定温度よりも高いときには、ポンプ回転数を演算されたポンプ回転数まで増加して温度を下降するようになっている。
【００３８】
第１のポンプ駆動手段１９では、第１の温度センサー１０からの中温信号に応答して第１のポンプ２に駆動信号を出力し、第１のポンプ２を駆動するようになっている。
また、第１のポンプ停止手段２０では、第２の温度センサー１１からの高温信号に応答して第１のポンプ２に停止信号を出力し、第１のポンプ２の駆動を停止するようになっている。
【００３９】
第２の温度差演算手段２１では、第２の温度計９で測定される中温水の温度から中温設定器１６で設定される設定温度（例えば、６０℃）を減算し、正負それぞれの温度差を演算するようになっている。
第２の吐出流量演算手段２２では、第２の温度差演算手段２１からの温度差に基づいて、正負それぞれの温度差に対応したポンプ回転数を演算し、第２のポンプ５に演算されたポンプ回転数となるように指令信号を出力するようになっている。
例えば、測定温度が設定温度よりも低いときには、ポンプ回転数を演算されたポンプ回転数まで減少して温度を上昇させるように、一方、測定温度が設定温度よりも高いときには、ポンプ回転数を演算されたポンプ回転数まで増加して温度を下降するようになっている。
【００４０】
第２のポンプ駆動手段２３では、第３の温度センサー１２からの低温信号に応答して第２のポンプ５に駆動信号を出力し、第２のポンプ５を駆動するようになっている。
また、第２のポンプ停止手段２４では、第４の温度センサー１３からの中温信号に応答して第２のポンプ５に停止信号を出力し、第２のポンプ５の駆動を停止するようになっている。
【００４１】
上記構成により、蓄熱槽１の上部側に、最高温度の温度成層（最高温度層）を形成する状態で所定量の高温水を貯め、その下方側に、最高温度よりも低い液の温度成層（最高温度に次ぐ高温の液層）を形成する状態で所定量の中温水を貯め、更に、最高温度に次ぐ高温の液層の下方に低温層を、すなわち、三層の温度層を形成する状態で液（水に不凍液などが混入した液）を貯めるようになっている。また、夏期のように、高温水による暖房を必要としない場合には、第１のポンプ２の駆動を人為的に停止させることにより、最高温度層を形成せずに次の温度の温度層と一致させ、次の温度の温度層の容積を拡大し、最高温度層を形成するための熱エネルギー量を低減できるようになっている。
上記第２および第３の温度センサー１１，１２は、１個の温度計で兼用し、高温および中温それぞれを検知して高温信号および中温信号それぞれを出力するように構成しても良い。
【００４２】
蓄熱槽１の上側において、第３のポンプ２５を介装した高温水配管２６を介して、例えば、浴室乾燥機などの高温利用機器２７が接続されている。
また、蓄熱槽１の下側において、第４のポンプ２８を介装した中温水配管２９を介して、例えば、床暖房などの中温利用機器３０が接続されている。
【００４３】
中温水配管２９において、中温利用機器３０と並列に、第１の開閉弁３１と熱交換器３２とを介装した熱交換用配管３３が接続され、熱交換器３２に、給水管３４と分岐されるとともにサーモミキシングバルブ３５を介装した給湯管３６が導入され、蓄熱槽１に貯められた中温水により給水を間接的に加熱して給湯用温水を得るように構成されている。
【００４４】
高温水配管２６の往き側の蓄熱槽１と高温利用機器２７との間の箇所と、中温水配管２９の熱交換用配管３３の入り口側の接続箇所とが、第２の開閉弁３７を介装したバックアップ用配管３８を介して接続され、中温水が不足したときに、中温水配管２９および熱交換用配管３３に高温水を供給できるように構成されている。
【００４５】
高温水配管２６の還り側の蓄熱槽１と高温利用機器２７との間の箇所と、中温水配管２９の還り側箇所とが三方弁３９と分岐管４０を介して接続されている。三方弁３９と高温利用機器２７との間に第５の温度センサー４１が設けられ、その第５の温度センサー４１と三方弁３９とが制御機構（図示せず）を介して連係され、中温（６０℃）以上の温度では、三方弁３９に中温信号を出力して三方弁３９を蓄熱槽１に連通する状態（中温水暖房に利用する状態）に切り換え、中温（６０℃）未満の温度では、三方弁３９に低温信号を出力して三方弁３９を中温水配管２９の蓄熱槽１への還り側に連通する状態（中温水暖房に利用しない非利用状態）に切り換えるように構成されている。上記三方弁３９に代えて、分岐管４０と、その分岐管４０との接続箇所と蓄熱槽１との間それぞれに開閉弁を設けるような構成を採用しても良く、それらをして切替機構と総称する。
【００４６】
上記構成により、立ち上がり時等で、高温利用機器２７からの還り水の温度が中温水の温度よりも低い場合に、低温度層にバイパスして還し、一方、高温利用機器２７からの還り水の温度が中温水の温度以上の場合に、蓄熱槽１の中温度の液層に戻して再利用するようになっている。これにより、還り水の温度が低いときに、低温水が中温水と混合して、中温度の液層全体の温度が低下し、蓄熱温度と蓄熱量の低下が起きて、中温利用機器の性能を低下させることを回避できる。
【実施例２】
【００４７】
図３は、本発明に係る多温度蓄熱槽を用いた蓄熱システムの実施例２を示す全体概略構成図であり、実施例１と異なるところは次の通りである。
すなわち、高温水配管２６に高温熱交換器５１が介装され、この高温熱交換器５１に、高温利用機器２７と第５のポンプ５２とを介装した高温水循環配管５３が導入されている。
また、中温水配管２９に中温熱交換器５４が介装され、この中温熱交換器５４に、中温利用機器３０と第６のポンプ５５とを介装した中温水循環配管５６が導入されている。
【００４８】
給水管５７が蓄熱槽１の底部とサーモミキシングバルブ３５に接続されるとともに、蓄熱槽１の中温度の液層箇所とサーモミキシングバルブ３５とが、逆止弁５７を介装した給湯管５８を介して接続されている。
【００４９】
蓄熱槽１の上部と給湯管５８とが、第３の開閉弁５９を介装した第１のバックアップ用配管６０を介して接続され、中温水が不足したときに、給湯管５８に高温水を供給して安定して給湯できるように構成されている。
また、高温水配管２６の高温熱交換器５１の出口部分と、中温水配管２９の中温熱交換器５４の入口部分とが、第４の開閉弁６１を介装した第２のバックアップ用配管６２を介して接続され、中温水が不足したときに、中温熱交換器５４に高温熱交換器５１を出た後の高温水を供給し、中温利用機器３０を安定的に使用できるように構成されている。この第４の開閉弁６１は、第５の温度センサー４１で中温度以上の温度を検知したときにのみ開かれるようになっている。他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００５０】
この実施例２によれば、実施例１が蓄熱槽１内の熱を熱交換器３２を介して間接的に得て給湯を行うのに対して、蓄熱槽１内の中温水を直接給湯に用いている点で相違している。
【００５１】
上述実施例１における、中温水が不足したときに、中温水配管２９および熱交換用配管３３に高温水を供給するための第２の開閉弁３７を介装したバックアップ用配管３８、ならびに、実施例２における、第３の開閉弁５９を介装した第１のバックアップ用配管６０と、第４の開閉弁６１を介装した第２のバックアップ用配管６２とから成る構成をして、低温側用途の熱の不足を、混合もしくは熱交換により、それより高い温度の液層からの熱で補う機構と総称する。
【００５２】
上述蓄熱槽１は、ステンレス鋼（SUS４４４）等を用いて製作され、グラスウール等の保温材にて保温される。また、各種配管には銅管、ステンレス管、樹脂管等が用いられるが、中温水以上の配管には保温が行われる。凍結対策として、給水管が保温される場合もある。
【００５３】
また、高温熱源４としては、エンジンからの排ガスやジャケット冷却水といった排熱とか瞬間式給湯器などを用いることができる。
中温熱源２としては、固体高分子型燃料電池の冷却熱回収部分の排熱などを用いることができる。
ヒートポンプを熱源とする場合には、ヒートポンプで製造される温水の接続を蓄熱槽１の中温層と高温層の二箇所に分けて行い、ヒートポンプの温度設定の切替えに合わせて通水位置を切替え、一台の熱源で中温と高温の熱源を兼ねさせることも可能である。
【００５４】
中温利用機器３０の代表は温水式床暖房であるが、業務用ファンコイルユニットなどにも中温水を利用できる。この暖房に中温水を利用することを中温水暖房と称する。また、高温利用機器２７としては、温水式浴室乾燥機、ファンコンベクター等がその代表である。この暖房に高温水を利用することを高温水暖房と称する。なお、畳床に床暖房をする場合や床暖房の立ち上がりを早くする場合には、床暖房に高温水を流したり、あるいは、高温水と中温水を切替えて使用したりすることも可能である。また、熱利用機器は、並列接続にて複数設置することも、当然ながら可能である。
本発明の蓄熱システムを実際に設置する際には、実施例１における蓄熱槽１への給水配管や、過圧逃がし弁、シスターン等が必要になるが、ここでは省略している。
【００５５】
上記実施例における熱源としては、丸ボイラや、温度制御機能を有する小型貫流ボイラ構造をもつ熱機器を使用できるが、後者を使用するのが好ましい。なぜならば、多温度蓄熱槽においては、温度成層を安定的に形成する必要があり、蓄熱槽に供給する温水の温度の安定が必須である。更に、点火から所定温度に達するまでに蓄熱槽に供給される水の量も、可能な限り少量である必要がある。家庭用ガス給湯器や暖房用熱源機等の小型貫流ボイラは、大きな加熱能力、良好な制御性、及び少保有水量という特徴を有しており、しかも大量生産の効果で安価であるため、本用途に好適であるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る多温度蓄熱槽を用いた蓄熱システムの実施例１を示す全体概略構成図である。
【図２】蓄熱制御系を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る多温度蓄熱槽を用いた蓄熱システムの実施例２を示す全体概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…蓄熱槽
４…高温熱源（熱源）
７…中温熱源（熱源）
１０…第１の温度センサー（温度センサー）
１１…第２の温度センサー（温度センサー）
１２…第３の温度センサー（温度センサー）
１３…第４の温度センサー（温度センサー）
３９…三方弁（切替機構）
４１…第５の温度センサー（温度センサー）
【図１】
2005147494.tif 000003
【図２】
2005147494.tif 000004
【図３】
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